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植物细胞器间遗传信息转移董色白艳玲*徐海津张秀明乔明强(南开大学生命科学学院,天津300071)摘要真核生物细胞质中有多种执行特定功能的细胞器,其中线粒体和质体含有独立的基因组,但细胞器的遗传信息储量有限,其多数结构和功能蛋白质仍然由核基因组编码。来自植物的相关研究表明,细胞核与细胞器间不仅在功能上相互依存,而且遗传信息分子能跨越生物膜屏障,在细胞核与细胞器间及不同的细胞器间进行传递,并由此可以引起部分遗传信息在细胞内定位及基因表达等方面的相应改变。细胞器间遗传信息转移机制的研究将为深入认识核质相互作用及真核生物的进化提供重要的线索。关键词细胞器;遗传信息;传递真核生物细胞内具有两种遗传系统:独立自主的细胞核基因组和具有半自主性的核外基因组。核外基因组主要是动植物共有的线粒体和植物所特有的质体。绝大多数遗传信息位于细胞核,而线粒体和质体仅包含为数有限的与细胞器功能相关的基因。在起源上,对于线粒体和质体有两种推测:(1)细胞器是由细胞核分离出的部分基因组成[1]。(2)细胞器来源于内共生的自养微生物[2]。现在人们普遍接受内共生学说,该学说认为线粒体起源于变形菌(Proteobacterium),质体起源于蓝细菌(Cyanobacterium)[3]。内共生体进化的典型特征就是基因逐渐趋于简化,简化过程即基因丢失或转移的过程。转移是指在进化过程当中细胞器的部分基因转移到细胞核,随着这一过程的进行遗传信息逐渐集中于细胞核。转移到细胞核的基因一方面扩大了细胞核的基因含量,另一方面也使得一部分核基因的功能取代了线粒体和质体基因的功能。然而,遗传信息的交流并不是单方向的,也有细胞核基因转移到细胞器,同时线粒体和质体之间也存在着基因的交流。只是质体基因组相对保守,不同的植物间质体基因组相差无几,而线粒体则相反,在不同植物间线粒体基因组大小差距很大。植物细胞内一直都进行着细胞核、线粒体和质体基因组间的遗传信息传递,只是传递方式各有不同。对细胞内遗传信息的交流及其传递方式的研究逐步揭开了细胞器进化的面纱,为实现细胞器遗传转化提供了重要依据。1细胞器间遗传信息的传递谢谢采纳
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论细胞生物学的发展 悠悠300余年,关于细胞的研究硕果累累;近50年来更进入了分子水平,老树又绽新花。许多研究成果已经或将要走进我们的生活:植物细胞在培养瓶中悄然长成幼苗;动物体细胞核移植诞生了克隆动物;不同生物细胞间DNA的转移创造出新的生物类型及其产品;病危的生命期盼着干细胞移植的救助…… 现在,生物学在人类的生产生活中的使用愈加广泛。美国细胞生物学家威尔逊曾经说过:“每一个生物科学问题的答案都必须在细胞中。”这句话明显说明了细胞生物学对整个生物科学的研究有着怎样的重要性。细胞生物学的发展,越来越受到人们的重视。 谈起细胞生物学,不得不提的是建立于19世纪的《细胞学说》。《细胞学说》的建立可谓是自然科学史上的一座丰碑。《细胞学说》的两位建立者——德国科学家施莱登和施旺。经过长时间不断的探索和研究,分别从结构、功能和分裂三个方面对细胞进行了探究,并从中提炼出了三个要点,构成了《细胞学说》的主体。《细胞学说》的建立,不仅为达尔文的《进化论》奠定了基础,更为后人对细胞生物学的研究,做出了巨大贡献。 在细胞学说创立的100年间,人们对细胞的研究基本停留在简单观察和形态描述的水平,细胞在生物学家的眼中多多少少还像一团胶状物,里面杂乱地散布着一些含混不清的东西。此时出现了一名科学家——美国的细胞生物学科学家克劳德,他决心把细胞内部的组分分离开,探索细胞内组分的结构和功能。当时分离细胞器所遇到的困难是今天的人们难以想象的。许多人对他冷嘲热讽,认为把好好的细胞弄碎是毫无意义的。但是克劳德坚信,要深入了解细胞的秘密,就必须将细胞内的组分分离出来。经过艰苦的努力,他终于摸索出采用不同的转速对破碎的细胞进行离心的方法,将细胞内的不同组分分开。这就是一直沿用至今的“转速离心法”。 如果说《细胞学说》是通往细胞生物学的一扇门,那么我认为克劳德的“转速离心法”便是这扇门的钥匙。这种方法的发现,使人类对细胞内部的进一步探究,有着非常重要的意义。 随着对细胞内更深入的探究,人类发现了细胞中一个新的世界。细胞中每个组分如此精巧,一个个小小的细胞器,在细胞中都起到了非常关键的作用。霍中和院士在《细胞生物学》中写到:“我确信哪怕最简单的一个细胞,也比迄今为止设计出的任何只能电脑更精巧。”人类也曾经试图组装出一个细胞。1990年,科学家发现人体生殖道支原体可能是最小、最简单的细胞。1995年,美国科学见文特尔领导的研究小组,对这种支原体的基因组进行了测序,发现它仅有480个基因。如果在480个基因中辨认出对细胞生活必不可少的“基本基因”,那么就有希望人工合成这些基因——一段不很长的DNA分子。 文特尔的方法是破坏一个又一个的基因,看那些基因是绝对不可或缺的,终于筛选出了300个对生命活动必不可少的基因,但其中100个基因的重要性尚不清楚。 文特尔以及其他一些科学家认为,如果能人工合成这300个基因的DNA分子,再用一个细胞膜把它和环境分隔开,在培养基中培养,让他能够生存、生长和繁殖,组装细胞就成功了。科学家现在已经能够合成长度为5000个碱基因对的DNA片段,文特尔估计生殖道支原体的DNA的碱基对比这要多100倍,因此,DNA的人工合成还需要方法上的创新。怎样给DNA分子包上细胞膜也是一个难题。他们的设想是,把生殖道支原体细胞的DNA破坏掉,再把人工合成的基因组“注入”支原体细胞。 有关实验还在进行中,不过可以确信的是,人类对细胞生物学的研究愈加深入,对人类今后的发展就愈加有利。通过不断的科学探究和深入研究,我相信在不久的将来,细胞生物学将成为一个重要的科学领域,会吸引更多的人去探索、研究。它也会绽放出他耀眼的光辉,来迎接着这崭新的时代!
1995年以来我国造血干细胞工程与相关的生物学领域的研究发展迅速。有关造血干/祖细胞基因表达的研究,上海国家人类基因组研究中心陈竺、陈赛娟等为正常和急性白血病人
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